推土机弹性悬挂行走系统橡胶缓冲块的设计.doc

推土机弹性悬挂行走系统橡胶缓冲块的设计张旭东，葛根全，王晓滨（宣化工程机械股份有限公司，河北 宣化!#$!#）摘要 减轻大功率推土机在使用中来自地面的冲击和振动载荷对行走机构和底盘所造成的不良影响，提出行走机构采用弹性悬挂，用粘弹性阻尼器进行缓冲，介绍了弹性悬挂机构的工作原理，完成了橡胶缓冲块的设计、配料和试 验。通过使用证明大大减轻了推土机的冲击和振动。关键词 推土机；弹性悬挂；橡胶冲缓块中图分类号 %&() * #文献标识码+文章编号$!$,#-.（(!-）!$,!#,!)!#$%& ( )*+) ,-.# ( /)-$& 0&()1$&%*&.)0-)$-% #2#/1 ( +*33.4)!#$% &()*+,，%- %.+(/0+，1#$% &20*(32+（.3.2 &0+40 5*+678972*+ :0942+.8; 5* ，=7) + 6. *? 42,4 4*86.*A.8 3BB)*C.8，8.)9.) 64*9D B*0)6 ?8*E 8*,4 7.8802+，B.66.+ 30) 2+?B.+9. 7* +).8908820,. 9*E*+.+7 0+) 9406626，+).8908820,. 6;67.E 0)*7 .B06729 .B.F07.) 678978.，3?.82+, A274 6729D; 0+) ?B.G23B. )0E.8，A274 ).69823.6 *.8072*+ 82+92. *? .B06729 .B.F07.)678978.，?2+264 ).62,+，E07.820B 6.B.972*+ 0+) 7.67 *? 833.8 0)6* 7 A06 8*F.) 7407 3BB)*C.8 90+ ,8.07B; B.66.+ 74. F238072*+ 0+) 64*9D2+, ?8*E 8*,47.8802+7 62 7).#：3BB)*C.8；.B06729 40+,.8；833.8 0)6!# $ %由于大功率推土机机重较大（ / )7），为了减轻来自地面的冲击和振动载荷对行走机构零部件和底盘所造 成的不良影响，行走机构采用弹性悬挂，此项技术在我 公司开发的 HI0 高驱动推土机上得到了应用。这种弹性 悬挂行走机构使支重轮和引导轮几乎时时与履带轨节保 持接触，并与邻近的支重轮共同分担负荷，减少振动和 冲击载荷，同时通过其浮动作用调节履带紧贴地面障碍 物和地面轮廓形状，保持更多的履带接触地面，提高推 土机的牵引性能，减少由于履带打滑导致的功率损失， 从而改善了推土机行驶的平稳性和司机的舒适性。此弹 性悬挂机构可以减少约 #! J 的冲击载荷和增加约 $# J 的 接地面积。引导轮被固定在前、后大摆架上，所有摆架都采用永久密封润滑销轴固定。这种机构的最大特点是采用分别固$ * 前引导轮 ( * 永久密封润滑销轴 ) * 前摆架 - * 小摆架 # * 支重轮 * 中摆架 * 后摆 架 0 * 后引导轮 1 * 驱动轮 $! * 行走架 $ * 履带 $( * 上缓冲块 $) * 下缓冲块 $- * 叉头弹性悬挂行走机构简介$图 $ 弹性悬挂行走系统 如图 $ 所示，弹性悬挂行走机构每侧行走架上各装设计制造定在大摆架的一端和行走架上的两块圆顶状橡胶缓冲块机构来控制摆架的摆动行程，以减轻行走机构的振动。稳定性。因此，应合理地设计缓冲块的全高度 $% ，以保证缓冲块的最大压缩行程 / （!* ( &* ( ） $% 。为了保 证下底部的外表面和底部表面在结合处形成铰链连接， 要求下底部表面高度 $& / ! #%，下底部高度太大或太小，都将破坏底部表面和外表面在结合处的铰接，使缓冲块产生不合理的应力，影响其工作寿命。经确定， 缓冲块上顶部、中部和下底部的高度分别约占其全高的!) ( 、.( ( 和 0 ( 。橡胶缓冲块设计!材料选取橡胶缓冲块是用高性能天然合成橡胶制成，这种橡胶主要 用于制作具有优良力学性能的粘弹性阻尼器，其工作温度范 围为 $ %& (! 。为了提高天然橡胶耐油、耐热、抗老化性，在其中添加了某些添加剂。! #静刚度计算此弹性悬挂行走机构中的弹性缓冲块属于受压的粘 弹性阻尼器，应对其静刚度 , 进行计算以满足设计要 求，静刚度 , 根据圆柱形橡胶隔振器公式经试验而确 定，即! &结构形式如图 ! 所示，橡胶缓冲块由上、中、下三个部分组 成，分别以 !、 、 # 表示。每个部分的水平截面均为 圆形结构。上顶部 ! 通常为圆顶冠状结构，具有拱形外 表面。中间部分 具有向外倾斜的环形外壁，在橡胶缓 冲块未发生变形时呈平截头圆锥状。下底部 呈圆柱 状，包括一个外表面和一个底表面，底表面通过适当的 粘结方法与支撑板连接。橡胶缓冲块的主要尺寸包括垫 块的总体高度 $% ，下底部的高度 $&，中部的高度 $ ， 倾斜角!，底部直径 (。! ! .- /经验公式, ) 0$%$#式中： !- 缓冲块的底部表面积；!# $ %(!- ) &./ 垂直方向形状影响系数；. ) # 1 # .% 2!/0橡胶的弹性模量；2约束面积与自由面积之比； !- 2 ) !1 !&! 缓冲块中部的圆锥形外表面积；图 !橡胶缓冲块结构形式设计计算! )$（ ( 1 (,-! 3 $ ）! ) !)*+!下底部表面的面积大小取决于推土机的总重量，每个缓冲块下底部表面的面积 !* 由下式确定，即!* ) * + #*式中： #*橡胶材料的额定压缩力，#$%；*作用在每个缓冲块上推土机的总重量，&。 缓冲块下底部表面的面积必须选择合理，其额定压缩力应保持在 ) % ( )#$% 范围内，当 #* + ) %#$% 时， 将导致缓冲块尺寸设计偏大，造成材料和空间的浪费； 当 #* , ( )#$% 时，缓冲块将承受较大的应力，从而引起工作寿命降低。全高度 $% 是根据其压缩量的大小进行设计的。实 际使用中，缓冲块的最大压缩量通常在 # -. 范围 内。最大压缩量低于 # 时，大摆架的缓冲摆动行程 将很小，不能满足履带在凹凸不平的地面条件下行驶要,-!&缓冲块下底部的外表面面积。! ) ($&4! $ 4#试验公式, /（ 4!） $（ 4#）式中： 4#试验载荷的下限值；!试验载荷的上限值；4（ 4#） 4# 的位移测量值；（ 4!） 4! 的位移测量值。安装运动分析如图 ) 所示，缓冲块通过高强度胶与支撑板 ) 进行! %粘结，粘结强度（扯离）!& %#$%。支撑板由螺栓 & 与大摆架或行走架进行连接，通过大摆架绕永久密封润滑销轴的摆动，使上、下缓冲块产生接触，并通过压缩橡表 !橡胶缓冲块的性能参数影响着缓冲块的工作寿命，若初始接触点设计欠妥，当大摆架绕密封润滑销轴沿弧形轨迹摆动时，将导致初始 接触点 & 从缓冲块的顶冠移到缓冲块顶部的外缘 和中 部 ( 的位置，使上、下缓冲块产生的附加剪应力增加， 缓冲块的工作寿命降低。为了避免这种现象的发生，一 般将初始接触点 & 的位置设计在缓冲块顶冠最高点。表 ! 所示为我公司 -.+ 高驱动履带推土机弹性悬挂行走机构中橡胶缓冲块的成分、性能及主要尺寸参数。 该缓冲块的载荷 * 变形曲线如图 & 所示，当缓冲块受力 达到最大载荷后，基本不再产生压缩变形。此橡胶缓冲 块经 -.+ 高驱动履带推土机 ,/ 的使用完好无损。!# $ %! # 上缓冲块 . # 下缓冲块 ) # 支撑板 # 螺栓图 ) 橡胶缓冲块安装橡胶缓冲块受载变形情况如图 所示，缓冲块下低部的外表面与底表面成铰接，这就意味着外表面和底表 面间有类似于铰接结构的相对运动，即当缓冲块不受载 时，外表面呈垂直状；当缓冲块受载时，外表面相对底 表面发生运动；当缓冲块承受最大额定载荷时，其下底 部和中部均发生朝外延伸，与中部毗邻的外表面亦产生 变形运动。图 & 载荷变形曲线根据大功率推土机使用要求所设计的弹性悬挂行走机构经实践的检验是成功的，粘弹性阻尼器的设计是合 理的，此项技术可以应用推广到更大功率的推土机上。参 考 文 献!王国彪 # 履带行走机构的橡胶缓冲垫块0 # 国外工程机械，!/)，（.） #.孙大刚 # 橡胶缓冲装置系列实验0 # 工程机械，!/$，（)） #)成大先等 # 机械设计手册& # 北京：化学工业出版社，!/.，（.） #责任编辑：杨晓光图 受载变形情况橡胶缓冲块的实例应用)橡胶成分比率!性 能尺 寸 参 数肋状烟片橡胶! # 邵氏硬度 级$ % &整机重量 #$ # & ( !)% * & 碳黑$ # 抗拉强度 &(!+ # ,橡胶缓冲块对数+人工石油产品! # ! ! 拉伸模量 &() # & - # +底部直径 !).+硬酯酸. # ) ! 拉伸模量 &(!& # . - !+ # ,#)氧化锌& # 扯断强度 % * +).!&.&$).$ # .硫. # $&压